芜湖轨道交通2号线一期工程车辆选型研究

2018-07-03汪毅明胡江民

铁道勘察 2018年3期

关键词：型车编组转向架

汪毅明胡江民

(1.芜湖市轨道交通有限公司，安徽芜湖 241000；2.中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

车辆是城市轨道交通工程中最重要的设备之一，也是控制国产化指标、工程造价和运营效益的关键设备。车辆选型及其主要技术参数是确定列车编组方案，制定主要工程技术标准，拟定工程方案和估算投资的基础。

1 芜湖轨道交通2号线一期工程概况

1.1 芜湖轨道交通线网概况[1]

根据芜湖市城市轨道交通线网规划，芜湖市市区轨道交通共规划5条市区线路，总长度为137.7 km，远景线网推荐方案见图1，各条线路的远景客流预测结果如表1。

表1 市区轨道交通线网客流预测结果

1.2 轨道交通建设规划概况[2]

近期建设2号线一期工程(海事局站-育文学校站)及1号线(见图2)，线路总长度46.895 km，车站36座(见表2)，系统制式采用跨坐式单轨[3]。

表2 近期建设项目一览

图1 远景线网推荐方案

1.3 芜湖轨道交通2号线一期工程概况[4]

芜湖轨道交通2号线是一条东西向线路，主要作用为强化芜湖市江南城区中心区、城东产业组团与江北新城之间的联系。2号线一期工程起自北京路站，终至万春湖路站，全长16.246 km，其中地下线长1.299 km，地面及高架线14.94 km，共设11座车站(高架站10座、地下站1座)，其中换乘站3座，分别为北京路站(与1号线换乘)、弋江路站(与R3线换乘)、政务中心站(与3号线换乘)；设车辆基地1处；远期高峰小时最大断面客流为2.05万人次/h。

图2 近期建设规划线网示意

2 跨坐式单轨车型主要技术体系[5]

跨坐式单轨车型主要技术体系有：庞巴迪(Bombardier)单轨、日立(Hitachi)单轨、斯科米(Scomi)单轨、英特敏(Intamin)单轨、意大利FCF Spa(Furno Railway Construciton)、英国Metrail及Severn-Lamb Ltd.等。从应用范围、技术稳定性、城市轨道交通适应性等方面出发，重点分析庞巴迪单轨车(以下简称MB1-1型车)和日立单轨车(以下简称MA型车)。

3 车辆选型原则及技术路线

3.1 选型原则[6]

(1)满足客流需求，留有一定运能余量[7]；

(2)提供合理服务水平；

(3)线路条件及环境适应性[8-9]；

(4)满足国产化要求；

(5)投资合理。

3.2 技术路线

车辆选型研究技术路线如图3。

4 车辆选型研究

4.1 车辆选型的参数取值

(1)站席标准的选取

站席标准关系到列车的开行数量和列车编组数量，进而影响车辆长度、配属车数、车站规模、车辆段规模等，两种车型应统一标准，本文按照6人/m2[10]取值。

图3 车辆选型技术路线

(2)系统运能及余量设定

2号线的远期高峰小时客流量为2.05万人次/h，客流域值为1.79～2.26万人次/h，上下波动范围为-12.68%～+10.24%[11]。考虑客流域值的波动幅度，系统运能对远期高峰小时客流量的余量建议不小于10%，且两种车型保持一致。

(3)车辆主要技术参数

MB1-1型车相较于MA型车宽度略大，高度与重心更低(MB1-1型车宽度为3 142 mm，MA型车为2 980 mm；MB1-1型车全高4 053 mm，MA型车为5 300 mm)。MA型车长14 800mm(头车)、13 900 mm(中间车)，MB1-1型车长11 845 mm。从车辆尺寸可见，MA型车辆宽度较小，但长度较大。MB1-1型车厢地板底面距轨道梁顶面高度为450 mm，MA型为1 130 mm。

MA型车采用双轴转向架，轴重为11 t；而MB1-1型车采用单轴转向架，轴重为14 t，MB1-1型车将转向架设于车辆铰接处附近，既提高了车辆的通透性，也减轻了车辆自重。MA型头车自重为28 t或26.5 t，MB1-1型车辆自重为14 t。

两种车型的主要技术参数见表3。

表3 车辆主要技术参数

(4)列车编组及载客量

根据不同车型对应的道岔类型和容许过岔速度，对适宜的车辆编组长度进行核算，结果表明，MA型车的系统能力为26对/h，MB1-1型车的系统能力为30对/h以上。

MA型单轨端头车载客量为9.71人/延米，中间车为11.30人/延米；6辆编组时，车辆长89.400 m，定员962人，载客率10.76人/延米。系统能力26对/h，系统运能25 012人/h，运能余量18.1%。

MB1-1型单轨端头车载客量为10.16人/延米，中间车为12.33人/延米；6辆编组时，车辆长74.164 m，定员856人/列，载客率11.54人/延米。系统能力30对/h，系统运能25 680人/h，运能余量20.2%。

MA型和MB1-1型车均采用6辆编组时，MB1-1型车系统运能略高，且车辆长度上较MA型车短15.236 m，但载客率较前者高。

4.2 车辆选型比选

(1)车辆总体技术比较

①车体主要构造尺寸

MB1-1型车车辆高度小，地板面高度和整体重心低，侧倾力矩小，动力学性能和乘坐舒适度较优；且其采用单轴转向架，所需的车轮数量少，转弯半径小，过弯阻力小，曲线通过能力强，弯道轮胎磨损小，噪声低，能耗低。

②承载效率

对照两种车型自重与定员载客量，MB1-1型车车辆自重约14 t，单位自重运输乘客定员数为9.21人；MA型车车辆自重约28 t[13]，单位自重运输乘客定员数为5.89人。从承载角度分析，MB1-1型车的机械效率高于MA型车，能耗的有效利用率更优；且较小的车辆自重有利于降低桥梁设计荷载和桥梁工程量，节省土建投资。

③车门宽度及车门间距

MA型单轨车车门宽1.3 m，间距7.3 m，6辆编组单侧可利用上下车通道总宽15.6 m，每百人定员可用通过宽度约为1.62 m；MB1-1型单轨车车门宽1.6 m，车门间距4.175 m，6辆编组单侧可利用上下车通道总宽19.2 m，每百人定员可用通过宽度约为2.24 m，更有利于乘客快速上下车，也可相应提高车厢利用率，缩短停站时间。

④裙板防护

MA型车仅在转向架区域设置遮挡裙板；MB1-1型单轨车采用通长裙板方式，走行部分均被包裹在车体内部，其噪声振动指标较MA型车更优，环保性能更好。

⑤救援疏散

MB1-1型车车厢地板距轨道梁顶面为0.45 m(MA型车≥1.13 m)，救援疏散较MA型车更为便捷。在应急疏散平台面高度满足疏散要求的前提下，MB1-1型车地板与轨道梁面的高差较小，有利于保证区间高架系统整体景观的协调性，日常检修、维护也比较方便。

⑥车厢利用率及停站时间

MB1-1型车车门较宽，车门间距较小(车门宽1.6 m，车门间距4.175 m)，有利于乘客快速上下车，也可相应提高车厢利用率，缩短停站时间。

⑦折返间隔

由于采用替换梁型道岔，且列车容许的离心加速度较高，MB1-1型车可满足的系统能力不小于30对/h的要求；MA型车按照目前的最大行车计算过岔速度计算，可满足的系统能力为26对/h。

(2)车辆具体构造技术比较

①转向架车轴

MA型单轨车采用双轴转向架，固有的高冲角导致过弯阻力大、轮胎磨损大、能耗大；MB1-1型单轨车采用单轴转向架，避免了高冲角，过弯阻力小、轮胎磨损小、能耗小。故在同样线路条件下，MB1-1型车系统能耗更低，弯道轮胎磨损小，有利于减少运营成本。

②走行轮数量及轮载

MB1-1型车6辆编组，定员856人，承载轴为12轴24轮，定员工况下平均轮压约为56 kN；MA型车6辆编组，定员962人，承载轴为24轴48轮，定员工况下平均轮压约为48 kN。车长相近条件下，MA型车走行轮数量多，但轮压小，MB1-1型车走行轮数量少，但轮压大。轨道条件相同时，轮胎磨损与轮压、弯道阻力等有关，两种车型在轮胎磨损方面各有优劣。在使用寿命相近的条件下，MB1-1型车换轮作业量少，轮胎更换作业时间短，作业效率高，运维保养成本低。

③牵引系统

MA型单轨车采用传统的三相电机、齿轮箱、联轴节驱动方式，效率低、能耗高；MB1-1型单轨车采用永磁电机，电机与齿轮箱高度集成，电机轴直接驱动承载轮行走，体积小，牵引及制动性能好，牵引效率较传统电机高15%左右。MB1-1型车有较高的牵引效率、轻量化车体、单轴转向架，运营能耗更低。据初步计算，MB1-1型车能耗水平较MA型车低约20%。此外，MB1-1型车的启动加速度高于MA型车，有利于提高列车折返能力和旅行速度。

④供电受流方式

MA型车系统供电轨在轨道梁两侧等高位设置，运营期车辆只能穿梭运行，无法调头换向，易导致轮胎偏磨。MB1-1型车系统供电轨在轨道梁两侧按正极低位、零极高位设置，车辆每侧分上下共4个集电靴与之对应，车辆可调头换向运行，有利于减少偏磨。

(3)城市建设条件适应性分析

MA型单轨车采用双轴转向架，转向架中心距为9.6 m，侧面导向轮间距为2.5 m，相邻两辆车前后转向架之间距离为5.0 m；MB1-1型车采用单轴转向架，转向架中心距为9.12 m，侧面导向轮间距为1.473 m，相邻两辆车前后转向架之间距离为2.725 m。单轴转向架、较小的导向轮间距及相邻转向架间距，使得MB1-1型车辆能采用更小的曲线半径。在同样的小半径曲线条件下，MA型单轨车轮胎的转弯磨耗要大于MB1-1型单轨车，由此将增加运营及养护维修成本；若提高半径，则会增加城市建成区的拆迁数量。由此可见，MB1-1型单轨车对城市建成区的适应性更好。

(4)主要工程差异性分析

①轨道梁

MB1-1型：轨道梁截面宽度为0.69 m。轨道梁多采用连续刚构体系，跨度在30 m左右，通常采用3跨一联，变高度截面。

MA型：轨道梁截面宽度为0.85 m[14]。轨道梁多采用简支体系，跨度一般不大于30 m，通常采用等截面。

连续刚构体系较简支体系景观效果更好，接头更少，行车平顺性和舒适性更好；同时可节省接头配件、支座，减少架设安装工作量，经济效果较好。

②地下区间断面

MB1-1型：净空高度为不小于3.5 m，隧道断面直径为5.8 m。

MA型：净空高度为不小于4.2 m，隧道断面直径为7.0 m。

③道岔

MB1-1型：正线主要采用替换梁型道岔，过岔速度高、舒适性高；制造和安装成本低，投资小，机械装置构造简单，故障率低，维护成本低。

MA型：正线主要采用关节型及关节可挠型道岔[15]，过岔速度相对低、舒适性相对较差；制造和安装成本高，投资大；道岔结构复杂[16]，故障率相对高，维护成本相对高。

④供电系统

MA型与MB1-1型单轨分别采用DC1500V和DC750V电压制式。其接触受流结构分别采用“汇流排+接触线”方式及钢铝复合轨。电压制式方面，MA型车型的电压要求更符合目前国内轨道交通的发展趋势，有利于减少牵引变电所的数量，供电系统工程投资较省。

(5)国产化及车辆购置费比较

MA型和MB1-1型车在技术先进性、技术稳定性，以及对城市轨道交通的适应性等方面均符合国内中运量城市轨道交通的需求特点。目前，MA型车已实现国产化，具备良好的产业基础。根据市场调研，MB1-1型单轨车的国产化技术合作也在稳步推进，目前已具备车体及其内装(车体材料及车体制造、裙板、司机室设备、车内设备、空调机组、客室和司机室内装等)的国产化能力，但制动系统、轮胎的国产化成为制约因素。

综上所述，两种车型在技术成熟度、国产化技术基础和产业化能力等方面均可满足芜湖轨道交通2号线一期工程需求，但MA型国产化率更高，在价格方面MA型单轨车也有一定优势。

(6)救援疏散分析

日本单轨交通较发达，单轨线路较多，但多未设置紧急救援通道；马来西亚的吉隆坡单轨、新加坡圣淘沙单轨也未设置疏散通道；美国早期的(庞巴迪)单轨也没有设置疏散通道；杰克逊维尔(建成于1998年)及拉斯维加斯(建成于2004年)单轨系统为近期建成，都设置了疏散通道；重庆市轨道交通2号线未设置疏散通道，3号线一期工程于2011年建成，首次设置了疏散通道。车厢底板面到紧急疏散通道平台面的垂直高差约3 m，需要车辆配备相应的缓降装置，为确保人员的安全，同时需尽快切断接触轨的电源。庞巴迪单轨由于重心较低，车辆地板距疏散通道仅0.45 m，疏散容易。

无论MA型单轨车还是MB1-1型单轨车，在运行安全性方面都有保障。供电授流方式的不同造成两种车型在区间应急疏散时的安全应对措施有所差异。MA型单轨车供电轨正极设于线路的同一侧，总有一条供电轨正极位于邻近疏散通道一侧，疏散时需切断供电轨电源。MB1-1型单轨两线内侧的接触轨均为具有接地保护的回流轨，疏散时可不切断供电轨电源，更便于快速疏散。

(7)综合经济性分析

①同等运能余量条件下的比较

②编组长度相近条件下的运能比较

在编组长度相近的情况下，MB1-1型车7辆编组(车长86 m)，30对/h，系统输送能力为30 060人次/h；MA型车6辆编组(车长89.4 m)，26对/h，系统输送能力为25 012人次/h。MB1-1型车是MA型车的1.2倍。

③投资比较

从投资构成分析，采用MA型车时土建工程(区间、车站及车辆段等)投资较高，车辆购置费较低；采用MB1-1型车时，土建工程投资较低，车辆购置费较高。此外，由于MB1-1型车接触网供电电压采用DC750V，导致牵引所数量较多，投资相应增加。

4.3 推荐意见

通过对MB1-1型和MA型单轨车从输送能力、车辆条件、土建工程、道岔、供电系统、应急疏散、工程投资、国产化等方面的比较研究，MA型车具有国产化程度高、供电轨电压符合国内轨道交通主流方向、单车价格便宜等优点；MB1-1型车在系统能力及环保方面更优，城市建成区适应性较强，应急疏散条件好，投资以及运营成本相对较小，综合经济效益较好。综上，MB1-1型单轨车辆更适合芜湖市轨道交通2号线一期工程。

[1] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.芜湖市城市轨道交通线网规划[Z].武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，2013

[2] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.芜湖市城市轨道交通建设规划(2016～2020)[Z].武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，2015

[3] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.国家发展改革委关于印发安徽省芜湖市城市轨道交通一期建设规划(2016～2020年)的通知[Z].北京：中华人民共和国国家发展和改革委员会，2016

[4] 中铁工程设计咨询集团有限公司.芜湖市城市轨道交通2号线一期工程可行性研究报告[R].北京：中铁工程设计咨询集团有限公司，2016

[5] 中铁工程设计咨询集团有限公司.芜湖城市轨道交通2号线车辆选型及车辆编组方案报告[R].北京：中铁工程设计咨询集团有限公司，2016

[6] 王曰凡.城市轨道交通车辆选型[J].城市轨道交通研究，2009，12(4):1-7

[7] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB50157—2013，地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013

[8] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB50458—2008，跨座式单轨交通设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008

[9] 张全福，翁梦熊.城市高架轨道交通的车辆选型[J].铁道车辆，1995(10):39-44

[10] 中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家发展和改革委员会.建标104—2008 城市轨道交通工程项目建设标准[S].北京：中国计划出版社，2008

[11] 中铁工程设计咨询集团有限公司.芜湖市轨道交通2号线一期工程客流预测专题报告[R].北京：中铁工程设计咨询集团有限公司，2016

[12] 程烨，沈俊一.跨坐式单轨投融资模式研究[J].铁道勘察，2018(1):136-139